Кодирование информации

Содержание

Слайд 2

Зачем кодировать информацию?

Кодирование — это представление информации в форме, удобной для её

Зачем кодировать информацию? Кодирование — это представление информации в форме, удобной для
хранения, передачи и обработки.

В компьютерах используется двоичный код:

10101001010

данные (код)

передача

11111100010

данные (код)

хранение

передача

кодирование

обработка

Слайд 3

Кодирование информации

§ 15. Кодирование символов

Кодирование информации § 15. Кодирование символов

Слайд 4

Кодирование символов

100000

101000

011101

111100

Общий подход:
нужно использовать N символов
выберем число битов k на символ: 2k

Кодирование символов 100000 101000 011101 111100 Общий подход: нужно использовать N символов
≥ N
сопоставим каждому символу код – число от 0 до 2k – 1
переведем коды в двоичную систему

Система Брайля:

Слайд 5

Кодирование символов

Текстовый файл

на экране (символы)
в памяти – коды

Файлы со шрифтами: *.fon, *.ttf,

Кодирование символов Текстовый файл на экране (символы) в памяти – коды Файлы
*.otf

Слайд 6

Кодировка ASCII (7-битная)

ASCII = American Standard Code for Information Interchange
Коды 0-127:
0-31 управляющие

Кодировка ASCII (7-битная) ASCII = American Standard Code for Information Interchange Коды
символы: 7 – звонок, 10 – новая строка, 13 – возврат каретки, 27 – Esc.
32 пробел
знаки препинания: . , : ; ! ?
специальные знаки: + - * / () {} []
48-57 цифры 0..9
65-90 заглавные латинские буквы A-Z
97-122 строчные латинские буквы a-z

Слайд 7

8-битные кодировки

Кодовые страницы (расширения ASCII):

таблица ASCII

национальный алфавит

Для русского языка:
CP-866 для MS DOS
CP-1251

8-битные кодировки Кодовые страницы (расширения ASCII): таблица ASCII национальный алфавит Для русского
для Windows (Интернет)
КОI8-R для UNIX (Интернет)
MacCyrillic для компьютеров Apple

Проблема:

Слайд 8

8-битные кодировки

1 байт на символ – файлы небольшого размера!
просто обрабатывать в программах

нельзя

8-битные кодировки 1 байт на символ – файлы небольшого размера! просто обрабатывать
использовать символы разных кодовых страниц одновременно (русские и французские буквы, и т.п.)
неясно, в какой кодировке текст (перебор вариантов!)
для каждой кодировки нужен свой шрифт (изображения символов)

Слайд 9

Стандарт UNICODE

1 112 064 знаков, используются около 100 000

Windows: UTF-16

16 битов на

Стандарт UNICODE 1 112 064 знаков, используются около 100 000 Windows: UTF-16
распространённые символы,
32 бита на редко встречающиеся

Linux: UTF-8

8 битов на символ для ASCII,
от 16 до 48 бита на остальные

совместимость с ASCII
более экономична, чем UTF-16, если много символов ASCII

Слайд 10

Кодирование информации

§ 16. Кодирование графической информации

Кодирование информации § 16. Кодирование графической информации

Слайд 11

Растровое кодирование

Пиксель – это наименьший элемент рисунка, для которого можно задать свой

Растровое кодирование Пиксель – это наименьший элемент рисунка, для которого можно задать
цвет.

дискретизация

пиксель

Растровое изображение – это изображение, которое кодируется как множество пикселей.

Слайд 12

Растровое кодирование

1A2642FF425A5A7E16

Растровое кодирование 1A2642FF425A5A7E16

Слайд 13

Разрешение

Разрешение – это количество пикселей, приходящихся на дюйм размера изображения.

ppi = pixels

Разрешение Разрешение – это количество пикселей, приходящихся на дюйм размера изображения. ppi
per inch, пикселей на дюйм

300 ppi

96 ppi

48 ppi

24 ppi

печать

экран

1 дюйм = 2,54 см

Слайд 14

Разрешение

Задача 1. Какой размер в пикселях должен иметь закодированный рисунок с разрешением

Разрешение Задача 1. Какой размер в пикселях должен иметь закодированный рисунок с
300 ppi, чтобы с него можно было сделать отпечаток размером 10×15 см?

≈ 1181 пиксель

Слайд 15

Разрешение

Задача 2. Закодированный рисунок имеет размеры 5760 × 3840 пикселей и разрешение

Разрешение Задача 2. Закодированный рисунок имеет размеры 5760 × 3840 пикселей и
600 ppi. Какой размер будет у изображения, отпечатанного на принтере?

Слайд 16

Цветовая модель RGB

(0, 0, 0)

(255, 255, 255)

(255, 0, 0)

(0, 255, 0)

(0, 255,

Цветовая модель RGB (0, 0, 0) (255, 255, 255) (255, 0, 0)
255)

(0, 0, 255)

(255, 150, 150)

(100, 0, 0)

256·256·256 = 16 777 216 (True Color, «истинный цвет»)

Слайд 17

Цветовая модель RGB

(255, 255, 0) → #FFFF00

Цветовая модель RGB (255, 255, 0) → #FFFF00

Слайд 18

Глубина цвета

R G B: 24 бита = 3 байта

R (0..255)

256 =

Глубина цвета R G B: 24 бита = 3 байта R (0..255)
28 вариантов

8 битов = 1 байт

Глубина цвета — это количество битов, используемое для кодирования цвета пикселя.

True Color (истинный цвет)

Задача. Определите размер файла, в котором закодирован растровый рисунок размером 20×30 пикселей в режиме истинного цвета (True Color)?

20 ⋅ 30 ⋅ 3 байта = 1800 байт

Слайд 19

Кодирование с палитрой

уменьшить разрешение
уменьшить глубину цвета

снижается качество

Цветовая палитра – это таблица, в

Кодирование с палитрой уменьшить разрешение уменьшить глубину цвета снижается качество Цветовая палитра
которой каждому цвету, заданному в виде составляющих в модели RGB, сопоставляется числовой код.

Слайд 20

Задачи

Задача 1. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с

Задачи Задача 1. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось
512 до 8. Во сколько раз уменьшился информационный объем файла?
Задача 2. Разрешение экрана монитора – 1024 х 768 точек, глубина цвета – 16 бит. Каков необходимый объем видеопамяти для данного графического режима?
Задача 3. Сколько байт будет занимать код рисунка размером 40×50 пикселей в режиме истинного цвета? при кодировании с палитрой 256 цветов?
Задача 4. Для хранения растрового изображения размером 128 x 128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

Слайд 21

Растровые рисунки: форматы файлов

Растровые рисунки: форматы файлов

Слайд 22

Кодирование цвета при печати (CMYK)

Белый – красный = голубой C = Cyan
Белый –

Кодирование цвета при печати (CMYK) Белый – красный = голубой C =
зелёный = пурпурный M = Magenta
Белый – синий = желтый Y = Yellow

Модель CMY

C

M

Y

0

0

0

255

255

0

255

0

255

0

255

255

255

255

255

Модель CMYK: + Key color

меньший расход краски и лучшее качество для чёрного и серого цветов

Слайд 23

Цветовая модель HSB (HSV)

HSB = Hue (тон, оттенок) Saturation (насыщенность)
Brightness (яркость)

Цветовая модель HSB (HSV) HSB = Hue (тон, оттенок) Saturation (насыщенность) Brightness
или Value (величина)

Тон (H)

↓ насыщенность – добавить белого

↓ яркость – добавить чёрного

Слайд 24

Цветовая модель Lab

Международный стандарт кодирования цвета, независимого от устройства (1976 г.)
Основана на

Цветовая модель Lab Международный стандарт кодирования цвета, независимого от устройства (1976 г.)
модели восприятия цвета человеком.

Lab = Lightness (светлота)
a, b (задают цветовой тон)

Светлота 75%

Светлота 25%

для перевода между цветовыми моделями: RGB → Lab → CMYK
для цветокоррекции фотографий

Слайд 25

Профили устройств

RGB(255,0,0)

RGB(255,0,0)

как λ ≈ 680нм

λ ≈ 680нм

RGB(225,10,20)

профиль монитора

профиль сканера

CMYK(0,100,100,0)

профиль принтера

Профили устройств RGB(255,0,0) RGB(255,0,0) как λ ≈ 680нм λ ≈ 680нм RGB(225,10,20)

Слайд 26

Растровое кодирование: итоги

универсальный метод (можно закодировать любое изображение)
единственный метод для кодирования и

Растровое кодирование: итоги универсальный метод (можно закодировать любое изображение) единственный метод для
обработки размытых изображений, не имеющих чётких границ (фотографий)

есть потеря информации (почему?)
при изменении размеров цвет и форма объектов на рисунке искажается
размер файла не зависит от сложности рисунка (а от чего зависит?)

Слайд 27

Векторное кодирование

Рисунки из геометрических фигур:
отрезки, ломаные, прямоугольники
окружности, эллипсы, дуги
сглаженные линии (кривые Безье)
Для

Векторное кодирование Рисунки из геометрических фигур: отрезки, ломаные, прямоугольники окружности, эллипсы, дуги
каждой фигуры в памяти хранятся:
размеры и координаты на рисунке
цвет и стиль границы
цвет и стиль заливки (для замкнутых фигур)

Слайд 28

Векторное кодирование

Кривые Безье:

Хранятся координаты узлов и концов «рычагов» (3 точки для каждого

Векторное кодирование Кривые Безье: Хранятся координаты узлов и концов «рычагов» (3 точки
узла, кривые 3-го порядка).

угловой узел

Слайд 29

Векторное кодирование (итоги)

лучший способ для хранения чертежей, схем, карт
при кодировании нет потери

Векторное кодирование (итоги) лучший способ для хранения чертежей, схем, карт при кодировании
информации
при изменении размера нет искажений
меньше размер файла, зависит от сложности рисунка

неэффективно использовать для фотографий и размытых изображений

Слайд 30

Векторное кодирование: форматы файлов

WMF (Windows Metafile)
EMF (Windows Metafile)
CDR (программа CorelDraw)
AI (программа Adobe

Векторное кодирование: форматы файлов WMF (Windows Metafile) EMF (Windows Metafile) CDR (программа
Illustrator)
SVG (Scalable Vector Graphics, масштабируемые векторные изображения)

для веб-страниц

Слайд 31

Кодирование информации

§ 17. Кодирование звуковой и видеоинформации

Кодирование информации § 17. Кодирование звуковой и видеоинформации

Слайд 32

Оцифровка звука

Оцифровка – это преобразование аналогового сигнала в цифровой код (дискретизация).

Оцифровка звука Оцифровка – это преобразование аналогового сигнала в цифровой код (дискретизация).
интервал дискретизации (с)

– частота дискретизации (Гц, кГц)

8 кГц – минимальная частота для распознавания речи
11 кГц, 22 кГц,
44,1 кГц – качество CD-дисков
48 кГц – фильмы на DVD
96 кГц, 192 кГц

Человек слышит
16 Гц … 20 кГц

Слайд 33

Оцифровка звука: квантование

3-битное кодирование:

8 битов = 256 уровней
16 битов = 65536

Оцифровка звука: квантование 3-битное кодирование: 8 битов = 256 уровней 16 битов
уровней
24 бита = 224 уровней

АЦП = Аналого-Цифровой Преобразователь

Квантование (дискретизация по уровню) – это представление числа в виде цифрового кода конечной длины.

Разрядность кодирования — это число битов, используемое
для хранения одного отсчёта.

Слайд 34

Оцифровка звука

Задача. Определите информационный объем данных, полученных при оцифровке звука длительностью 1

Оцифровка звука Задача. Определите информационный объем данных, полученных при оцифровке звука длительностью
минута с частотой 44 кГц с помощью 16-битной звуковой карты. Запись выполнена в режиме «стерео».

За 1 сек каждый канал записывает 44000 значений, каждое занимает 16 битов = 2 байта
всего 44000 ⋅ 2 байта = 88000 байтов
С учётом «стерео»
всего 88000 ⋅ 2 = 176000 байтов
За 1 минуту
176000 ⋅ 60 = 1056000 байтов
≈ 10313 Кбайт ≈ 10 Мбайт

Слайд 35

Оцифровка звука

Как восстановить сигнал?

без сглаживания

после сглаживания

уменьшать T

↑ размер файла

аналоговые устройства!

ЦАП = Цифро-Аналоговый

Оцифровка звука Как восстановить сигнал? без сглаживания после сглаживания уменьшать T ↑
Преобразователь

было до оцифровки

Слайд 36

Оцифровка – итог

можно закодировать любой звук (в т.ч. голос, свист, шорох, …)

есть

Оцифровка – итог можно закодировать любой звук (в т.ч. голос, свист, шорох,
потеря информации
большой объем файлов

Форматы файлов:
WAV (Waveform audio format), часто без сжатия (размер!)
MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3, сжатие с учётом восприятия человеком)
AAC (Advanced Audio Coding, 48 каналов, сжатие)
WMA (Windows Media Audio, потоковый звук, сжатие)
OGG (Ogg Vorbis, открытый формат, сжатие)

Слайд 37

Инструментальное кодирование

MIDI (Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов).

в файле

Инструментальное кодирование MIDI (Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов).
.mid:
нота (высота, длительность)
музыкальный инструмент
параметры звука (громкость, тембр)
до 1024 каналов
в памяти звуковой карты:
образцы звуков (волновые таблицы)

MIDI-клавиатура:

нет потери информации при кодировании инструментальной музыки
небольшой размер файлов

невозможно закодировать
нестандартный звук, голос

программа для звуковой карты!

128 мелодических и 47 ударных

Слайд 38

Трекерная музыка

В файле (модуле):
образцы звуков (сэмплы)
нотная запись, трек (track) – дорожка
музыкальный инструмент
до

Трекерная музыка В файле (модуле): образцы звуков (сэмплы) нотная запись, трек (track)
32 каналов

Использование: демосцены (важен размер файла)

Форматы файлов:
MOD разработан для компьютеров Amiga
S3M оцифрованные каналы + синтезированный звук, 99 инструментов
XM, STM, …

Слайд 39

Кодирование видео

Синхронность!

изображения:
≥ 25 кадров в секунду
PAL: 768×576, 24 бита
за 1 с:

Кодирование видео Синхронность! изображения: ≥ 25 кадров в секунду PAL: 768×576, 24
768×576×3 байта ≈ 32 Мб
за 1 мин: 60×32 Мбайта ≈ 1,85 Гб
HDTV: 1280×720, 1920×1080.
исходный кадр + изменения (10-15 с)
сжатие (кодеки – алгоритмы сжатия)
DivX, Xvid, H.264, WMV, Ogg Theora…
звук:
48 кГц, 16 бит
сжатие (кодеки – алгоритмы сжатия)
MP3, AAC, WMA, …
Имя файла: Кодирование-информации.pptx
Количество просмотров: 45
Количество скачиваний: 0